ضرورت بهینه‌سازی مصرف آب

اهمیت بهینه‌سازی مصرف و راه‌کارهای فناورانه بهینه‌سازی مصرف آب

رشد سریع جمعیت و توسعه شهرنشینی در هزاره سوم، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، تقاضای آب را به منظور تامین نیازهای جمعیتی به طور قابل ملاحظه ای افزایش داده است. این موضوع در مناطقی از جهان که به صورت طبیعی همواره با کمبود آب دست و پنجه نرم می کنند، بیشتر حائز اهمیت است. در کشور ما نیز اوضاع منابع آبی چندان مطلوب نیست؛

ضرورت بهینه‌سازی مصرف آب

ضرورت بهینه‌سازی مصرف آب

نقشه سرانه آب، کشورهای جهان را از لحاظ سرانه منابع آبی به پنج دسته تقسیم می کند.

  • دسته اول کشورهای با سرانه بیش از ۵۰۰۰ مترمکعب در سال، اغلب کشورهای آمریکای شمالی و جنوبی، قسمتهایی از اروپا، آفریقا و روسیه
  • دسته دوم کشورهای با سرانه آب تجدید پذیر ۱۷۰۰ تا ۵۰۰۰ مترمکعب در سال، کشورهای چین، افغانستان، قرقیزستان، تاجیکستان، ترکمنستان، ایران، عراق، ترکیه، سوریه و …
  • دسته سوم کشورهای با سرانه آب ۱۰۰۰ تا ۱۷۰۰ مترمکعب در سال، کشورهای هند، پاکستان، اتیوپی، سومالی و …
  • دسته چهارم کشورهای با سرانه آب تجدیدپذیر ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ مترمکعب آب در سال ، کشورهایی مثل سودان، مصر، آفریقای جنوبی و مراکش
  • دسته پنجم کشورهایی با سرانه آب تجدید پذیر کمتر از ۵۰۰ مترمکعب در سال، عربستان صعودی، عمان، یمن، لیبی، الجزایر، تونس
سرانه آب تجدیدپذیر در جهان (مترمکعب در سال به ازای ساکنین)

سرانه آب تجدیدپذیر در جهان (مترمکعب در سال به ازای ساکنین)

کمبود منابع آب و راهکارهای جبران

تامین منابع آب شیرین پایدار به یک معضل در بسیاری از کشورهای جهان تبدیل شده است. افزایش جمعیت و صنعتی شدن جهان از یک سو و از سوی دیگر تغییرات در میزان گرمایش دمای کره زمین که سبب افزایش خشکسالی، طوفان و سیل‌ در اقصی نقاط جهان شده به مشکلات مربوط به کمبود آب دامن می‌زنند.

با وجود این کمبودها به نظر می‌رسد باید به دنبال راه‌کارهای مختلفی برای جبران این کمبودها باشیم. راه‌کارهای جبران کمبود آب را می‌توان به سه دسته اصلی تقسیم کرد:

تصفیه فاضلاب و آب‌های خاکستری

تصفیه فاضلاب به فرایندی گفته می‌شود که در آن فاضلاب تبدیل به آبی می‌شود که بتوان از آن استفاده مجدد کرده یا بدون آسیب و خطر در محیط رها کرد.

آب پاک و سالم یکی از اساسی‌ترین منابع انسان‌ها برای زندگی بر روی کره زمین است. یکی از روش‌های دست‌یابی به آب سالم تصفیه فاضلاب است. فاضلاب‌ها امروزه یکی از منابع با ارزش و ضروری تامین آب به شمار می‌آیند. در گذشته فاضلاب‌ها به دلایل مختلف به عنوان زباله‌های به درد نخور و بی ارزش شمرده می‌شدند.

یکی از راه‌کارهای حل معضل کم آبی بازیافت آب‌های خاکستری است. آب خاکستری به آب قابل بازیافت از فاضلاب‌های خانه‌ها یا ساختمان‌های اداری اطلاق می‌شود که در برگیرنده جریان‌های خروجی به‌ جز آب سرویس‌های بهداشتی است. این آب که در اثر فعالیت‌های روزمره همچون رخت‌شویی، شستشوی ظروف و حمام کردن است می‌تواند مجددا بازیافت شود و مورد استفاده قرار گیرد.

شیرین سازی آب

با توجه به اینکه بیش از ۹۵ درصد آب‌های موجود در جهان به صورت آب شور هستند، تامین آب از این منبع همواره مورد توجه بشر بوده است. برهمین اساس روش‌های مختلفی برای شیرین سازی آب توسعه پیدا کرده است. روش اصلی در فرایند نمک زدایی آب‌های شور، اسمز معکوس و روش‌های حرارتی  هستند.

مهمترین روش‌های شیرین سازی آب

مهمترین روش‌های شیرین سازی آب

بهینه سازی مصرف آب

افزایش روزانه مصرف آب پیامدهایی همچون افزایش تقاضا، کاهش عرضه، خشکسالی، سیل و آلودگی منابع آب را برای انسان در پی داشته است.

برای افزایش تقاضای مصرف آب می‌توان به کاهش مصرف و افزایش منابع توجه داشت. در این بین کاهش مصرف آب نه تنها به بقاء منابع محدود کمک می‌کند بلکه باعث کاهش میزان نیاز به تصفیه آب را نیز می‌شود.

فناوری‌های نوین در بهینه سازی مصرف آب

مصرف آب را می‌توان با توجه به منبع مصرف به سه دسته خانگی، صنعتی و کشاورزی طبقه بندی کرد. در ادامه به بررسی چند فناوری جدید در بهینه سازی مصرف آب خواهیم پرداخت.

بهینه سازی مصرف آب خانگی

بررسی‌های شرکت Anglian نشان داد که هر چه مشتری‌ها از میزان مصرف خود در بخش‌های مختلف خانه بیشتر با خبر باشند، الگوی مصرف آن‌ها کنترل شده تر خواهد بود. این موضوع به کاهش مصرف آب به صورت آگاهانه توسط خود مشتری‌ها کمک می‌کند.

در همین راستا این شرکت سعی کرد راه‌کار جدیدی برای مطلع کردن و افزایش آگاهی مشتریان از الگوی مصرف خود، فراهم کند. اخیراً شرکت Anglian با همکاری شرکت Advizzo که یک شرکت نرم‌افزاری در حوزه علوم رفتاری است، سعی کرده در زمینه استراتژی مصرف آب توسط مشتریان خود مطالعاتی انجام دهد.

بهینه سازی مصرف آب در صنعت

یکی از جاهایی باید به کنترل و بهینه سازی مصرف آب در آن توجه شود، صنایع هستند. استفاده از آب در تمام صنایع  امری رایج بوده و بدون حضور این ماده حیاتی ، انجام فعالیتهای صنعتی غیر ممکن خواهد بود.

افزایش قیمت آب مورد مصرف فرآیندهای صنعتی از یک سو و اعمال استانداردهای زیست محیطی در مورد غلظت مجاز آلاینده ها در جریان فاضلاب خروجی از سوی دیگر باعث شده تا اهمیت کنترل مصرف آب در صنایع دو چندان شود. بر همین اساس راه‌کارهای مختلفی برای بهینه سازی مصرف آب در صنایع توصیه می‌شود که در ادامه به بررسی چند مورد از آن‌ها می‌پردازیم.

  • ماشین‌کاری خشک

شرکت ماشین‌سازی فورد با تمرکز بر روی مقدار مصرف آب در بخش ماشین‌کاری توانست روش جدیدی برای کاهش مقدار مصرف آب پیدا کند. اساس این روش بعدها بعنوان پایه ماشینکاری خشک در نظر گرفته شد. در این روش از یک روانکار ترکیبی حاوی مقداری روغن و مقدار کمی آب استفاده شد که به صورت مستقیم بر روی نوک ابزار اسپری می‌شد. بررسی‌ها نشان داد این روش علاوه بر داشتن کارایی لازم و یکسان با محلول‌های معمول،  مقدار آب مصرفی را به شدت کاهش داده است.

کاهش مصرف آب در صنعت خودرو سازی و فرایند ماشینکاری

کاهش مصرف آب در صنعت خودرو سازی و فرایند ماشینکاری

  • ادغام مراحل در خط رنگ‌کاری

در فرایند رنگ‌کاری لازم است که یک پوشش فسفاته بر روی فلز اعمال ‌شود تا چسبندگی رنگ اصلی به فلز افزایش یابد. در این مرحله برای تنظیم رطوبت و همچنین شست و شو مقدار زیادی آب مصرف می‌شود.

فرایند رنگ‌کاری در شرکت فورد شامل سه مرحله اصلی بود. در مرحله اول پوشش فسفاته اعمال شده، در مرحله دوم رنگ زیرلایه اسپری می‌شد و در نهایت رنگ اصلی در مرحله سوم بر روی قطعه اعمال می‌شد.

شرکت‌ فورد توانست با تغییر در طراحی فرایند رنگ، مرحله اول و دوم را با یکدیگر ادغام کرده و از این طریق مقدار مصرف آب را به یک سوم کاهش دهد.

  • بازچرخانی و تصفیه فاضلاب

توجه به این نکته مهم است که که کاهش مصرف آب می‌تواند به کاهش مصرف انرژی نیز کمک کند. در صنعت می‌توان از راه‌کارهای مختلفی برای کاهش مصرف آب استفاده کرد. یکی از مسائلی که در صنعت باید بیشتر به آن توجه شود اینست که در بسیاری از صنایع سنگین لازم نیست کیفیت آب مصرفی در حد آب‌های آشامیدنی باشد. یکی از راه‌کارهای کاهش مصرف آب استفاده از آب‌های تصفیه شده و بازچرخانی شده است.

شرکت Cascade Tissue توانسته با استفاده از فرایند فیلتراسیون آب‌های مصرف شده را تا حد ممکن تصفیه کند. در ادامه برای فرایندهای مختلف به جای آب تازه از آب‌های بازیافتی استفاده می‌شود. این امر موجب کاهش قابل ملاحظه‌ای در مصرف آب شده است. نتیجه این فرایندها کاهش ۸۴/۹ میلیارد لیتری مصرف آب و ذخیره ۲۴ میلیون دلاری برای شرکت به صورت سالانه شده است.

  • بازیابی آب حاصل از مواد اولیه

شرکت نستله با استفاده از فرایند بازچرخانی توانسته آب مصرفی خود را از شیر تامین کند. در این کارخانه شیر تازه گاو که حاوی ۸۸ درصد آب است، در فشار کم حرارت داده می‌شود تا مقداری از آب آن گرفته شود. در نتیجه این فرایند بخار آب تولید شده در مرحله بعدی تحت فرایند چگالش قرار گرفته و پس از یکسری فرایندهای آماده سازی می‌تواند برای بخارشویی و تمیزکاری ماشین‌آلات مورد استفاده قرار گیرد.

آب خروجی از این مرحله پس از جمع آوری مجدد، دوباره به چرخه برگشته و برای بار دوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این آب برای آبیاری کشاورزی و فرایندهای شست و شو استفاده می‌کنند. شرکت نستله روزانه ۶/۱ میلیون لیتر آب از شیر گاو می‌گیرد که با استفاده از آن و طراحی این فرایندها توانسته مقدار آب مصرفی سالانه خود را تا ۱۵ درصد کاهش دهد.

  • استفاده از مواد بازیافتی

یکی از فرایندهایی که باعث کاهش مصرف آب در صنایع کاغذسازی می‌شود، استفاده از کاغذهای بازیافتی است. کاغذهای بازیافتی به دلیل ساختار الیافی که دارند، میزان مصرف آب کمتری نسبت به الیاف تازه و آماده برای ساخت کاغذ دارند.

بهینه سازی مصرف آب در کشاورزی

آمارهای جهانی نشان می‌هد که ۷۰% از آب جهان در صنعت کشاورزی مصرف می‌شود که حجم بالایی به حساب می‌آید. افزایش تقاضای غذا و آب از یک طرف و افزایش جمعیت از طرف دیگر ما را بر آن می‌دارد که مقدار مصرف آب در صنایع کشاورزی را کنترل کنیم. برای اینکار می‌توان از سیستم‌های مختلفی استفاده که در ادامه برخی از آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

  • سیستم آبیاری با آهنگ متغیر (VRI)

مهمترین مسئله مصرف آب در کشاورزی، آبیاری است. یکی از روش‌های مرسوم در آبیاری، استفاده از سیستم کنترل مرکزی است که در آن آب به صورت ۳۶۰ درجه به همه جا پخش می‌شود. معضل این روش، آبیاری کورکورانه زمین کشاورزی است به این معنا که تمامی قسمت‌های زمین بدون در نظر گرفتن شرایط آن به طور یکسان آبیاری می‌شوند.

  • کنترل فشار آب

با کاهش فشار آب در یک خط آبیاری مشخص می‌توان کنترل بیشتری در میزان آب مصرفی آن ناحیه داشت. کشاورزان با استفاده از فشار کمتر آب می‌توانند رطوبت را در نزدیکی سطح نگه داشته و فرسایش خاک را کاهش دهند. همچنین با این عمل خط آبیاری کنترل شده و از زمین کشاورزی خارج نمی‌شود.

  • برنامه ریزی آبیاری

استفاده از سنسورهای کنترل رطوبت در خاک امکان مانیتورینگ از طریق سیستم‌های بی سیم را فراهم می‌کند. با مانیتور کردن میزان رطوبت خاک بسته به روز و ساعت می‌توان آبیاری را به صورت کاملاً خودکار برنامه ریزی کرد. این گروه سعی دارند با اضافه کردن این ویژگی‌ها مصرف آب را تا حد ممکن کاهش داده و بهینه کنند.

  • استفاده از سیستم‌های آبیاری هوشمند

محصول شرکت Smart Droplet یک ربات کوچک مخصوص آبیاری باغچه‌ها و مزارع کوچک است. این ربات می‌تواند براساس نوع گیاه، وضعیت آب و هوایی و شرایط و نوع خاک، برنامه آبیاری را کنترل کند. محدوده عملکردی هر ربات در حدود ۱۰ متر است و قادر است هر گلدان، گیاه یا درختی که در این محدوده است را آبرسانی کند.

  • سامانه‌های اتوماسیون تحت وب

سامانه ارائه شده توسط شرکت Rachio نرم افزار تحت وب هوشمند و اتوماسیون آبیاری است. این نرم افزار امکان کنترل فرایند آبیاری از طریق تلفن‌های هوشمند و دستیار شخصی هوشمند مانند الکسا (دستیار هوشمند آمازون) را برای شما فراهم می‌کند.

این نرم‌افزار با جمع آوری اطلاعات آب و هوایی منطقه، می‌تواند میزان آبیاری را بر مبنای میزان بارندگی یا خشکی هوا تنظیم کند. یکی از سیستم‌های همراه این بسته نرم‌افزاری، جریان سنج بی سیم آب است. این جریان سنج با کنترل میزان آب عبوری از لوله‌ها امکان نشت یا ترکیدگی لوله‌ها را به صورت آنلاین کنترل و مدیریت می‌کند.

  • سنسورهای کنترل هوشمند

سنسورهای کنترل هوشمند شرایط آب و هوایی محیطی و نیاز گیاهان، محصول اصلی شرکت Arable است. سنسورهای ساخت این شرکت بیش از ۴۰ پارامتر و داده مهم را ثبت و ارزیابی کرده و براساس آن‌ها برنامه‌ریزی می‌کند. از جمله داده‌هایی که توسط این سنسورها ثبت می‌شود عبارتند از شرایط آب و هوا، میزان نور خورشید، میزان رطوبت خاک، آهنگ تبخیر آب، سلامتی گیاهان و … .

فناوری کنترل وضعیت زمین کشاورزی شرکت Arable

فناوری کنترل وضعیت زمین کشاورزی شرکت Arable

  • هواپیمای بدون سرنشین

اسپری کردن آب بوسیله هواپیماهای بدون سرنشین بازدهی را تا ۵ برابر بیشتر نسبت به اسپری کردن تراکتور افزایش می‌دهد. مطالعات و آزمایش‌های این شرکت حاکی از اینست که استفاده از این فناوری می‌تواند مقدار مصرف آب را نزدیک به ۹۰% کاهش داده و همچنین بهره‌وری تولید محصول را تا ۵۰% افزایش دهد.

کشاورزان می‌توانند با استفاده از این فناوری و وارد کردن اطلاعات مربوط به زمین زراعی خود مقدار آب مصرفی برای نواحی مختلف را به خوبی کنترل کنند. یکی دیگر از مزیت‌های این فناوری، اسپری کردن آفت‌کش‌ها در حد نرمال و کنترل شده است.

استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین برای آبیاری مزارع

استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین برای آبیاری مزارع

شتاب دهنده واتک به عنوان مرکز تخصصی شتاب دهی در حوزه آب، بستری برای پرورش و تجاری‌ سازی ایده‌های خلاقانه و نوآورانه حوزه آب می باشد.